半导体组件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种半导体组件，尤其公开了一种电源模块半导体组件，其包括柔性电路板以及制造这样的组件的方法。半导体组件包含柔性电路板，在柔性电路板的上表面的第一部分上的导电薄膜，在柔性电路板的上表面的第二部分上的焊盘，在柔性电路板的底面的一部分上的散热器、无源元件、分离设备，或连接到导电薄膜的一部分的IC设备，和连接到焊盘的引线框架的引线。这些组件可以具有高度设计灵活性的组件布置和简便的布线设计，减少了设计组件的时间并且降低了组件的成本。也描述了其他的实施例。
【专利说明】半导体组件
【技术领域】
[0001] 本申请通常涉及半导体组件以及制造这样的组件的方法。更具体地说，本申请描 述了电源模块半导体组件，其包括柔性电路板以及制造这样的组件的方法。
【背景技术】
[0002] 半导体组件是现有技术中已知的。通常，这些组件可以包括一个或多个半导体设 备，例如集成电路（1C)芯片，其可以连接到芯片垫，该芯片垫集中地形成在引线框架（lead frame)中。有时，接合线将集成电路芯片电连接到一系列的终端设备，该终端设备用作外部 设备例如印刷电路板（'PCB'）的电源接头。封装材料可用于覆盖接合线、集成电路芯片、终 端设备和/或其他的元件以形成半导体组件的外部。终端设备的一部分和也许芯片垫的一 部分可能从封装材料外部地暴露。用这样的方式，芯片可以受保护而免于环境危害，例如湿 气，污染物，腐蚀和机械冲击，其电力地或机械地连接到在半导体组件之外的预定的设备。
[0003] 在其已经形成之后，半导体组件通常在日益增长的电子应用的类型中使用，例如 光盘驱动，USB控制器，便携式计算机设备，便携式电话等等。基于电子应用，半导体组件可 以高度小型化，并且可能需要尽可能地小。
【发明内容】
[0004] 本申请涉及电源模块半导体组件，其包括柔性电路板以及制造这样的组件的方 法。半导体组件包含柔性电路板，在柔性电路板的上表面的第一部分上的导电薄膜，在柔性 电路板的上表面的第二部分上的焊盘（land pad)，在柔性电路板的底面的一部分上的散热 器、无源元件、分离设备，或连接到导电薄膜的一部分的1C设备，和连接到焊盘的引线框架 的引线。这些组件可以具有高度设计灵活性的组件布置和简便的布线设计，减少了设计组 件的时间并且降低了组件的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 根据附图可以更好地理解下面的描述，图中：
[0006] 图1显示了利用模塑的电源模块半导体组件的一些实施例；
[0007] 图2显示了没有模塑的电源模块半导体组件的一些实施例；
[0008] 图3显示了电源模块半导体组件的一些实施例的俯视图；
[0009] 图4显示了使用接合线的电源模块半导体组件的一些实施例；和 [0010] 图5描述了可以用于电源模块半导体组件的柔性电路板的一些实施例。
[0011] 附图图示了电源模块半导体组件以及制造这样的组件的方法的具体的方面。与下 面的描述一起，附图显示和解释了方法的原则和通过这些方法生产的结构。在图中，为了清 楚起见层和区域的厚度是夸大的。相同的附图标记在不同的附图中表示相同的元件，这样 它们的描述不会重复。对于本文中使用的术语上、连接于、或连接到，一个物体(例如材料、 层、基底等等）可以在另外的物体上，或连接于或连接到另外的物体，不论一个物体是否直 接在另一个物体上，与另一个物体相连或连接，或者在一个物体和另一个物体之间插入有 一个或多个其他物体。此外，如果给出了方向（例如之上、之下、顶部、底部、侧部、上、下、在 下、在上、上部、下部、水平的、坚直的、' X'、' y'、' Z'等)，该方向是相对的，并且仅仅是作为 举例来说明的和为了便于示例和评述，并非是限制性的。另外，其中涉及元件的明细(例如 元件a, b, c),这样的参考意味着包括单独的列出的元件的任何一个,小于所有列出元件的 任何组合，和/或所有列出元件的组合。
【具体实施方式】
[0012] 为了提供透彻的理解，下面的描述给出具体的解释。然而，本领域技术人员应当理 解的是，半导体设备及相关的使用该设备的方法可以在不应用这些具体的解释的情况下实 施和使用。实际上，设备及相关方法可以通过改进图示的设备和相关的方法而进行实践， 并且可以与在工业上根据惯例使用的任何其他的设备和技术一起使用。例如，当下面的描 述集中于在1C工业中有利于半导体组件的方法时，其可以适用于或者应用于其他的电子 设备例如机动车或白色家电模块(white good modules)、光电设备、太阳能电池、存储器结 构、照明控制、电源供给和放大器等。
[0013] 包含柔性电路板的电源模块半导体组件和用于制造这样的组件的方法的一些实 施例如图中所示。在如图1 (以封装的视图)、图2 (没有封装的视图)和图3 (俯视图)所示 的实施例中，半导体组件10包含散热器20,柔性电路板30,导电薄膜40,无源元件50,驱动 器1C设备60, 1C设备70,垫90和引线框架110。
[0014] 组件10可以包含一个或多个1C设备70。有多个1C设备，它们可以相同或不同 的，并且可以是现有技术中任何已知的设备。这样的集成电路的一些非限制性的实施例包 括齐纳二极管、肖特基二极管、小信号二极管、双极结晶体管（'BJT'）、金氧半导体场效应晶 体管（'M0SFET'）、绝缘-门-双极晶体管（' IGBT'）、绝缘-门-场效应晶体管（' IGFET'）、感 应器，电容器或其他的无源器件或它们的组合物。组件10还可以包含单个驱动器1C设备 60或者多驱动器1C设备134。现有技术中已知的任何驱动器1C设备可以应用于组件100。 分离设备的实施例包括M0SFET、IGBT以及它们的组合物。在一些实施例中，驱动器1C设备 60包括双极的或CMOS控制回路，它们可以用于控制分离设备的启闭。
[0015] 组件10还可以包含单个无源元件50或者多个无源元件50。现有技术中已知的任 何无源元件可以用于组件100,包括电容器、感应器、电阻器、过滤器、镇压器、运算放大器、 二极管或者它们的组合。在一些实施例中，无源元件50包括二极管，其用于控制电流的流 量。
[0016] 半导体组件10还包含在组件的底部的一部分或者全部底部上的散热器。散热器 20用于消散在操作过程中在组件10内产生的热量。散热器可以使用现有技术中已知的任 何导热材料，例如铜，陶瓷材料，绝缘金属基底或者它们的组合。根据其在半导体组件10的 使用情况，散热器20可以构造为任何形状和尺寸。散热器20还可以具有任何厚度，为半导 体组件10提供需求支持和热量转换。
[0017] 半导体组件10还包含引线框架的引线110。引线框架支撑组件，用作输入/输出 (I/O)互连系统的一部分，也为消散在操作过程中产生的一部分热量而提供导热通道。引 线框架的材料可以包括现有技术中已知的任何传导性的金属或金属合金，包括铜、镍-钯、 铁、铁合金、镍-钮-金、镍-钮-金/银、或者它们的组合。在一些实施例中，引线框架包 括镀有镍-金或镍-银的铜。在一些结构中，如果需要，引线框架可以包括金属镀层(未显 示)。例如，引线框架(或多个引线框架）10可以电镀或者相反涂覆有可焊的传导性的材料 层，例如锡、金、铅、银和/或另外可焊的材料。
[0018] 半导体组件10还包含柔性电路板（FCB)30,如图1和2所示，在一些实施例中，FCB 包括大体上板形的柔性回路。在一些结构中，柔性回路包含利用选择性地包含柔性覆盖层 的柔性基底材料的印刷电路的图案布置。覆盖层可以是粘附基柔性薄膜，其设置有孔以允 许通向互连点，并且利用加热和加压层状地形成到柔性回路，以在组装和使用过程中防止 物理的或电子的事故(例如短路)。
[0019] FCB30在半导体组件10中可以具有任何结构，其允许以期望的方式布置电信号回 路往返于无源元件50,驱动器1C设备60,1C设备70和引线框架110。在一些结构中，FCB30 可以具有在图5中图示的结构。在图5中，FCB30包含大体上无传导性的任何柔性基底材 料(或底基）材料105。在一些实施例中，基底材料可以包括聚酰亚胺或现有技术中已知的 适合的材料。
[0020] 如图5所示，FCB30包含覆盖层35。覆盖层35可以由任何粘附基柔性薄膜制造， 例如Dupont公司的ΚΑΡΤ0Ν磁带或现有技术中已知的适当的材料。覆盖层35可以利用加 热和加压层状地形成到基底105,并且保护基底105在组装过程中避免物理的和电子的事 故。覆盖层35可以构造图案以包括孔45,从而允许从无源元件50通向互连点、驱动器1C 设备60、和1C设备70,或者形成可以适合于特别应用的电绝缘或连接的区域。
[0021] 在图5中的FCB30还包括通道80。通道可以用于将热量从无源元件50、驱动器1C 设备60和1C设备70导出。通道80可以包含任何导热材料，包括铜和铜合金。FCB30还包 含金属轨道55,其可以用于将无源元件50、驱动器IC60、1C设备70和引线110相互连接。 金属轨道由传导性的材料制造，例如具有任何厚度提供期望的相互连接的铜或铜合金。
[0022] 引线框架的引线110利用垫90连接半导体组件10的FCB30。在一些实施例中， 垫90可以包括任何在半导体技术中已知的粘结垫。例如，垫90可以包括金属立筋和软熔 焊料材料或金属沉积例如金，镍和银。为了加强在引线110和FCB30之间的粘接，垫90可 以形成粗糙表面，因此垫的金属立筋紧固地粘附到引线110和FCB30。垫90构造为大体上 与同它们分别连接的元件匹配。因此，垫90可以构造为大体上与同它们相连的引线110和 FCB30的一部分匹配。
[0023] 半导体组件10的元件，除了散热器20的底部和引线110的部分，可以封装在现有 技术中已知的任何模制材料130中，如图1所示。在一些实施例中，模制材料可以包括环氧 树脂模型化合物、热固性树脂、热塑性材料或封装材料。在其他的实施例中，模制材料包括 环氧树脂模型化合物。在图2中，没有显示模制材料130以更好地图示半导体组件100的 内部元件。
[0024] 在图4图示的实施例中，半导体组件的元件可以这样布置，因此无源元件50、驱动 器1C设备60、1C设备70利用引线接合的方式连接，而不是如图1所示的倒装芯片连接方 法。在这些实施例中，引线接合140用于从无源元件50、驱动器1C设备60、1C设备70传 递电信号到引线110。在这些实施例中，由于引线接合的存在，导电薄膜40是可选的，因此 可以省略。可选的导电薄膜40可以用作附加的热消散材料。另外，FCB30不需要包含金属 轨道55,覆盖层35需要包含孔45。
[0025] 半导体组件100可以利用任何已知的工艺制造，其提供如上所述的和/或在图中 图示的结构。在一些实施例中，可以使用本文中描述的方法，不过这些过程不需要以与下面 描述的相同的次序执行。
[0026] 该方法通过为FCB基底105设置材料开始。根据使用的材料，基底105可以通过 形成聚酰亚胺或其他的适合的以适当的形状系数的材料设置。由此，通道80和金属轨道55 可以考虑为以与无源元件50,驱动器IC60和1C设备70的期望的互连模式形成在基底105 上。接下来，覆盖层35可以利用任何工艺设置在基底105的表面上，随后是在覆盖层35中 形成孔45。由此，导电薄膜40可以设置在覆盖层35的表面上，填入孔中。由此，散热器20 可以设置在FCB30的底部的预定位置上。
[0027] 因此，垫90可以形成在这样的位置，其中它们为引线框架的引线110设置相互连 接。在一些实施例中，垫90可以通过沉积材料形成，因此蚀刻材料的不需要的部分，从而使 得垫90形成为期望的形状。
[0028] 由此可以准备好无源元件50、驱动器1C设备60和1C设备70。在一些实施例中， 无源元件50、驱动器IC60、IC设备70可以分别制造。但是在其他的实施例中，它们可以利 用半导体工艺同时制造。
[0029] 由此，无源元件50,驱动器IC60和1C设备70可以放置在导电薄膜40的预定位置 上。因此，这些元件可以利用采用焊料凸点的倒装芯片工艺连接到导电薄膜40,这可以包 括利用焊料凸点，球，短轴以及它们与焊膏一起的组合，随后是固化或回流焊（or reflow) 工艺。在其他的实施例中，连接工艺包括借助于导电粘合剂的倒装芯片工艺，导电粘合剂可 以例如是传导性的环氧，导电薄膜，筛选可印刷的焊膏或焊料材料，例如含铅焊料或无铅焊 料。在图4的实施例中，该连接可以通过任何引线接合工艺实施。
[0030] 包含引线100的引线框架可以因此形成并连接到垫90。由此，产生的结构可以利 用模制材料130封装。模制材料130可以包围所有这些元件形成，除了引线110的一部分 和散热器20的底部之外。可替换地，散热器20可以从组件中省略，模制材料130可以围绕 元件形成，因此进一步从恶劣环境提供保护。产生的半导体组件100因此可以选择性地标 识和单一化（singulated)。
[0031] 这些电源模块半导体组件包含连接到无源元件50,驱动器IC60和1C设备70的 FCB。一些传统的半导体组件替代地包含DBC (直接在陶瓷上粘合铜)，MS (绝缘金属基底)， PCB (印刷电路板)，或仅仅带有与非导电胶连接的陶瓷散热器的引线框架。FCB提供了用于 组件的布置的改进程度的设计灵活性，并简化了布线设计。这些特征，依次地，减少设计组 件的时间，也降低了组件的成本。
[0032] 在一些实施例中，电源模块半导体组件可以这样形成，通过设置柔性电路板，在柔 性电路板的上表面的第一部分上设置导电薄膜，在柔性电路板的上表面的第二部分上设置 焊盘，将多个半导体设备连接到导电薄膜的一部分，和将引线框架的引线连接到焊盘。
[0033] 除了任何前述指明的改进之外，本领域技术人员在不脱离本说明书的精神和范围 的情况下可以做出许多其他的变化和替换的布置，附带的权利要求是用于覆盖这些改进和 布置的。这样，上面已经连同当前视为最实际和优选的方面描述了特征和细节的信息，对于 本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本文阐述的原则和构思的情况下，包括但不限于， 操作和使用的形式、功能和作用可以有许多改进。此外，如在本文中使用的，实施例仅仅是 说明性的，并不应当考虑为任何形式的限制。
【权利要求】
1. 半导体组件，所述半导体组件包括： 柔性电路板； 在柔性电路板的上表面的第一部分上的导电薄膜； 在柔性电路板的上表面的第二部分上的焊盘； 连接到导电薄膜的一部分的多个半导体设备；和 连接到焊盘的引线框架的引线。
2. 根据权利要求1所述的组件，还包括在柔性电路板的底面的一部分上的散热器。
3. 根据权利要求2所述的半导体组件，其中，柔性电路板包括通道，用于将通过多个半 导体设备产生的热量传导到散热器。
4. 根据权利要求1所述的半导体组件，其中，柔性电路板包括导电图案，用于将电信号 从多个半导体设备传送到引线。
5. 根据权利要求3所述的半导体组件，其中，导电图案形成在柔性基底材料上。
6. 根据权利要求4所述的半导体组件，其中，柔性电路板还包括在基底材料上的柔性 覆盖层。
7. 根据权利要求1所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括MOSFET设备。
8. 根据权利要求1所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括1C驱动设备。
9. 根据权利要求1所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括无源元件。
10. 根据权利要求1所述的半导体组件，还包括模制材料，其留下引线的一部分暴露在 外和散热器的一部分暴露在外。
11. 半导体组件，所述半导体组件包括： 柔性电路板； 在柔性电路板的上表面的第一部分上的导电薄膜； 在柔性电路板的上表面的第二部分上的焊盘； 连接到导电薄膜的一部分的多个半导体设备； 连接到焊盘的引线框架的引线；和 在柔性电路板的底面的一部分上的散热器； 其中柔性电路板包括通道，用于将通过多个半导体设备产生的热量传导到散热器。
12. 根据权利要求11所述的半导体组件，其中，柔性电路板包括导电图案，用于将电信 号从多个半导体设备传送到引线。
13. 根据权利要求12所述的半导体组件，其中，导电图案形成在柔性基底材料上。
14. 根据权利要求13所述的半导体组件，其中，柔性电路板还包括在基底材料上的柔 性覆盖层。
15. 根据权利要求11所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括MOSFET设备。
16. 根据权利要求11所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括1C驱动设备。
17. 根据权利要求11所述的半导体组件，其中，多个半导体设备包括无源元件。
18. 根据权利要求11所述的半导体组件，还包括模制材料，其留下引线的一部分暴露 在外和散热器的一部分暴露在外。
19. 半导体组件，所述半导体组件包括： 柔性电路板，该柔性电路板包括柔性基底材料和导电图案，用于传送形成在基底材料 上形成的电信号； 在柔性电路板的上表面的第一部分上的导电薄膜； 在柔性电路板的上表面的第二部分上的焊盘； 连接到导电薄膜的一部分的多个半导体设备； 连接到焊盘的引线框架的引线；和 在柔性电路板的底面的一部分上的散热器； 其中柔性电路板包括通道，用于将通过多个半导体设备产生的热量传导到散热器。
20.根据权利要求19所述的半导体组件，其中，柔性电路板包括导电图案，用于将电信 号从多个半导体设备传送到引线。
【文档编号】H01L23/498GK104157627SQ201310269385
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】杜安·A·休斯 申请人:飞兆半导体公司